DE202017106450U1

DE202017106450U1 - Gussform mit Kühlsystem

Info

Publication number: DE202017106450U1
Application number: DE202017106450.6U
Authority: DE
Original assignee: Schaufler Tooling & Co KG GmbH; Schaufler Tooling & Cokg GmbH
Current assignee: Schaufler Tooling & Co KG GmbH; Schaufler Tooling & Cokg GmbH
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2018-07-09
Anticipated expiration: 2027-10-26

Abstract

Gussform (10) mit Kühlsystem, mit einem Gussformkörper (12), der eine Kavität (14) begrenzt und mindestens einen zu der Kavität (14) beabstandeten Kühlkanal (18) zur Durchströmung mit einem Kühlfluid aufweist, gekennzeichnet durch eine in den Gussformkörper (12) eingebrachte Aussparung (34), welche sich von einer der Kavität (14) abgewandten Außenseite (16) des Gussformkörpers (12) bis in den Kühlkanal (18) hinein erstreckt, wobei in der Aussparung (34) ein Einsatz (28) angeordnet ist, der die Aussparung (34) fluiddicht verschließt, wobei die Aussparung (34) eine den Kühlkanal (18) mitbegrenzende, wärmeabgebende Begrenzungsfläche (36) aufweist, die im Vergleich zu einem Kühlkanalabschnitt, in welchem keine Aussparung (34) und kein Einsatz (28) vorgesehen sind, vergrößert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gussform mit Kühlsystem, mit einem Gussformkörper, der eine Kavität begrenzt und mindestens einen zu der Kavität beabstandeten Kühlkanal zur Durchströmung mit einem Kühlfluid aufweist.
Die Kühlkanäle einer solchen Gussform sind üblicherweise in Form von Bohrungen in den Gussformkörper eingebracht. Nach Füllung der Kavität mit flüssigem Werkstoff nimmt das in den Bohrungen angeordnete Kühlfluid Wärme des nach und nach erstarrenden Werkstoffs auf; das erwärmte Kühlfluid wird abgeführt und durch kühleres Kühlfluid ersetzt.
Es besteht Bedarf, eine Gussform mit einem Kühlsystem bereitzustellen, welche eine einfache und lokale Beeinflussung der Kühlwirkung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer Gussform mit Kühlsystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch eine in den Gussformkörper eingebrachte Aussparung, welche sich von einer der Kavität abgewandten Außenseite des Gussformkörpers bis in den Kühlkanal hinein erstreckt, wobei in der Aussparung ein Einsatz angeordnet ist, der die Aussparung fluiddicht verschließt, wobei die Aussparung eine den Kühlkanal mitbegrenzende Begrenzungsfläche aufweist, die im Vergleich zu einem Kühlkanalabschnitt, in welchem keine Aussparung und kein Einsatz vorgesehen sind, vergrößert ist.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem ermöglicht es, einen lokal begrenzten Bereich eines Kühlkanals mit einer höheren Kühlwirkung zu versehen. Dies wird dadurch erreicht, dass in einem lokal begrenzten Bereich eine wärmeabgebende Oberfläche vergrößert wird.
Die Aussparung erstreckt sich vorzugsweise winklig oder senkrecht zu einem Kühlkanal, und zwar vorzugsweise zwischen dem Kühlkanal und einer der Kavität abgewandten Außenseite des Gussformkörpers.
Bei der vergrößerten, wärmeabgebenden Begrenzungsfläche der Aussparung handelt es sich vorzugsweise um eine Bodenfläche der Aussparung. Diese Bodenfläche ist beispielsweise eine kreisförmige Fläche, welche eine hohlzylindrische Aussparung begrenzt.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Aussparung ermöglicht es, den in der Aussparung angeordneten Einsatz von der Außenseite des Gussformkörpers her in die Aussparung einzubringen.
Es ist ferner bevorzugt, dass der Einsatz im Bereich eines in den Kühlkanal ragenden und fluidwirksam mit dem Kühlkanal verbundenen freien Endes eine wärmeabgebende Oberfläche aufweist, die im Vergleich zu einem Kühlkanalabschnitt, in welchem keine Aussparung und kein Einsatz vorgesehen sind, vergrößert ist.
Die Kühlkanäle, die in dem Gussformkörper vorgesehen sind, sind vorzugsweise in Form von rotationssymmetrischen Bohrungen ausgebildet. Auf eine bestimmte Länge des Kühlkanals bezogen steht also eine zylindrische Oberfläche zur Verfügung, um Wärme, die von dem in der Kavität angeordneten, zunächst noch flüssigen Metall erzeugt wird und sich auf den Gussformkörper überträgt, an das Kühlfluid abzugeben. Im Vergleich zu einer solchen, durchgängig zylindrischen Oberfläche ist erfindungsgemäß eine vergrößerte Oberfläche vorgesehen.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine kreisförmige Begrenzungsfläche der Aussparung größer ist als eine der Kavität zugewandte, halbzylindrische Wandfläche des Kühlkanals. Beispielsweise kann die Oberfläche der Begrenzungsfläche ein Vielfaches der Wandfläche betragen und um einen Faktor von 1,5 bis 5 größer sein.
Erfindungsgemäß ist es möglich und bevorzugt, dass die Aussparung sich ausgehend von der Außenseite des Gussformkörpers nicht über eine der Kavität zugewandte Begrenzung des Kühlkanals hinaus erstreckt, da dies zu einer lokalen Veränderung und ggf. Schwächung des zwischen dem Kühlkanal und der Kavität vorgesehenen Wandabschnitts des Gussformkörpers führen kann.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn das freie Ende des Einsatzes eine Stufenform aufweist. Dies bewirkt eine Aufteilung des Strömungsquerschnitts des Kühlkanals in zwei Teilquerschnitte, ohne dass dies mit einer wesentlichen Vergrößerung des Strömungsquerschnitts des Kühlkanals einhergeht. Es ist beispielsweise möglich, dass eine Stirnfläche des freien Endes des Einsatzes eine der Kavität zugewandte Begrenzung des Kühlkanals berührt oder nur geringfügig, beispielsweise maximal 1 mm, zu dieser Begrenzung beabstandet ist. Auf diese Weise kann eine Richtung und/oder eine Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids im Bereich des freien Endes des Einsatzes beeinflusst werden.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn das freie Ende einen Materialabschnitt aufweist, der in den Strömungsquerschnitt des Kühlkanals hineinragt und in Strömungsrichtung des Kühlfluids gesehen als Umlenkung wirksam ist. Auf diese Weise wird eine schroffe Veränderung des Strömungsquerschnitts vermieden und dafür gesorgt, dass das Kühlfluid an dem Materialabschnitt vorbeiströmt. Bei dem Materialabschnitt kann es beispielsweise um einen Abschnitt des Einsatzes handeln, der eine vorstehend genannte Stufenform des freien Endes des Einsatzes ausbildet.
Besonders einfach kann der Einsatz aufgebaut sein, wenn der in den Strömungsquerschnitt des Kühlkanals hineinragende Materialabschnitt zylindrisch ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine weitestgehend vereinfachte Fertigung des Einsatzes in Form eines rotationssymmetrischen Bauteils.
Es ist aber auch möglich, dass der in den Kühlkanalabschnitt hineinragende Materialabschnitt rautenförmig, ellipsenförmig oder bikonvex ausgebildet ist, wobei vorzugsweise eine Längsachse der Rautenform, Ellipsenform oder Bikonvexform parallel zu der durch den Kühlkanal vorgegebenen Strömungsrichtung des Kühlfluids ausgerichtet ist. Im Idealfall ist die Längsachse der genannten Formen identisch mit der Strömungsrichtung des Kühlfluids, die durch eine zentrale Kühlkanalachse definiert ist.
Bevorzugt ist es, wenn der Einsatz einen rotationssymmetrischen Befestigungsabschnitt zur Befestigung des Einsatzes an dem Gussformkörper aufweist. Dies ermöglicht eine einfache Verbindung zwischen Einsatz und Aussparung des Gussformkörpers. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Einsatz und die Aussparung miteinander verschraubbar sind.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Einsatz eine Werkzeugangriffsfläche zur Montage des Einsatzes in der Aussparung aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Innensechskant handeln, der von der Außenseite des Gussformkörpers her zugänglich ist.
Die Werkzeugangriffsfläche kann durch eine Verschlussschraube gebildet sein und/oder und/oder an einer Stirnseite eines Befestigungsabschnitts des Einsatzes ausgebildet sein.
Bevorzugt ist es ferner, wenn mindestens eine Dichtung vorgesehen ist, die den Einsatz gegen die Aussparung abdichtet. Hierbei kann beispielsweise eine in radialer Richtung wirksame O-Ring-Dichtung vorgesehen sein und/oder eine in axialer Richtung verquetschbare Dichtung, beispielsweise ein Kupferscheibenring.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Gussform mit Kühlsystem;
2 eine Draufsicht längs einer in 1 mit II - II bezeichneten Schnittebene;
3 eine Unteransicht längs einer in 1 mit II - II bezeichneten Schnittebene; und
4 eine der 3 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform.

Eine Gussform, welche ein Kühlsystem umfasst, ist in 1 abschnittsweise dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Gussform 10 weist einen Gussformkörper 12 auf, der eine Kavität 14 begrenzt. Der Gussformkörper weist eine der Kavität 14 abgewandte Außenseite 16 auf.
In dem Gussformkörper 12 ist ein Kühlkanal 18 vorgesehen, der sich längs einer zentralen Kühlkanalachse 20 erstreckt. Der Kühlkanal 18 ist insbesondere zylindrisch ausgebildet, weist also senkrecht zu der Kühlkanalachse 20 gesehen kreisförmige Querschnitte auf. Die Kühlkanalachse 20 erstreckt sich beispielsweise parallel zu einer zu dem Kühlkanal benachbarten Berandung 22 der Kavität 14.
Zwischen dem Kühlkanal 18 und der Kavität 14 weist der Gussformkörper 12 einen Wandabschnitt 24 auf, der hinsichtlich seiner Materialstärke zwischen der Berandung 22 und einer der Kavität 14 zugewandten Begrenzung 26 des Kühlkanals 18 von einem nachfolgend beschriebenen Kühlsystem unbeeinträchtigt bleibt.
Das Kühlsystem umfasst zusätzlich zu dem Kühlkanal 18 einen Einsatz 28, der sich längs einer Einsatzachse 30 erstreckt. Die Einsatzachse 30 verläuft winklig, vorzugsweise senkrecht zu der Kühlkanalachse 20. Die Einsatzachse 30 entspricht einer zentralen Achse 32 einer weitestgehend rotationssymmetrischen Aussparung 34, welche sich zwischen der Außenseite 16 des Gussformkörpers 12 und einer der Kavität 14 zugewandten Begrenzungsfläche 36 erstreckt.
Der Einsatz 28 ist mittels einer Verschraubung 38 mit der Aussparung 34 verbunden.
Der Einsatz 28 weist einen schaftförmigen Befestigungsabschnitt 40 auf, der im Bereich der Außenseite 16 des Gussformkörpers 12 mit einem Flansch 42 radial erweitert ist. Der Flansch 42 wirkt mit einem Absatz 44 der Aussparung 34 zusammen, vorzugsweise unter Zwischenlage einer Quetschdichtung 46.
Eine weitere Abdichtung des Befestigungsabschnitts 40 relativ zu der Aussparung 34 erfolgt mittels einer O-Ring-Dichtung 48.
Der Einsatz 28 ragt mit einem freien Ende 50 in den Kühlkanal 18 hinein. Das freie Ende 50 ist abgestuft und weist einen zylindrischen Materialabschnitt 52 auf, der mit einer Stirnfläche 54 benachbart zu der Begrenzung 26 des Kühlkanals 18 angeordnet ist oder mit der Stirnfläche 54 die Begrenzung 26 des Kühlkanals 18 berührt.
Dem Materialabschnitt 52 stufenförmig in Richtung auf den Befestigungsabschnitt 40 folgend ist eine Ringfläche 56 vorgesehen, welche ebenfalls zu der Einsatzachse 30 rotationssymmetrisch ist.
Der Kühlkanal 18 weist einen in 2 mit dem Bezugszeichen 58 bezeichneten Durchmesser auf. Ein Durchmesser des Befestigungsabschnitts 40 im Bereich des freien Endes 50 des Einsatzes ist mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet.
Der Durchmesser 60 ist größer als der Durchmesser 58, vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 1,5. Wie sich aus 2 ergibt, ist die untere Begrenzungsfläche 36 der Aussparung 34 (in der Projektion und auch tatsächlich) größer als eine halbzylindrische Begrenzungsfläche des Kühlkanals 18.
Auch die ringförmige Fläche 56 des Einsatzes 28 (vergleiche 3) ist zum Vergleich zu einer halbzylindrischen Begrenzungsfläche des Kühlkanals 18 vergrößert. Dies gilt auch dann, wenn die Stirnfläche 54 des Materialabschnitts 52 die Begrenzung 26 des Kühlkanals 18 berührt.
Der Materialabschnitt 52 bewirkt, dass in dem Kühlkanal 18 längs der Kühlkanalachse 20 strömendes Fluid um den Materialabschnitt 52 herumgeleitet wird, was in den 2 und 3 mit strichpunktierten, gekrümmten Strömungsverläufen 62 und 64 verdeutlicht ist. Der Materialabschnitt 52 wirkt also als Umlenkung bezogen auf eine Strömungsrichtung 66 längs des Kühlkanals 18 in Richtung auf die Aussparung 34 und von der Aussparung 34 ausgehend und in einer Strömungsrichtung 68 wegweisend.
In 4 ist eine alternative Ausgestaltung des Materialabschnitts 52 dargestellt. Dieser ist bikonvex ausgebildet und weist eine Längsachse 70 auf, welche parallel und vorzugsweise identisch zu der Kühlkanalachse 20 ist.
Zur Befestigung des Einsatzes 28 in der Aussparung 34 weist der Einsatz eine Werkzeugangriffsfläche 72 auf, beispielsweise in Form eines Innensechskants, der integral und einstückig mit dem Befestigungsabschnitt 40 ausgebildet ist, oder aber von einer zu dem Befestigungsabschnitt 40 separat bereitgestellten Verschlussschraube gebildet ist.
Rotationssymmetrische Ausgestaltungen des Einsatzes 28 sind bevorzugt. Es ist jedoch denkbar, dass der Einsatz 28 einen nicht rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist oder aber eine Verdrehsicherung aufweist, welche mit dem Gussformkörper 12 zusammenwirkt. Hierdurch kann eine definierte Drehlage des Einsatzes 28 um dessen Einsatzachse 30 vorgegeben werden, was insbesondere vorteilhaft ist, um einen nicht rotationssymmetrischen Materialabschnitt 52 (vergleiche 4) relativ zu der Kühlkanalachse 20 auszurichten.

Claims

Gussform (10) mit Kühlsystem, mit einem Gussformkörper (12), der eine Kavität (14) begrenzt und mindestens einen zu der Kavität (14) beabstandeten Kühlkanal (18) zur Durchströmung mit einem Kühlfluid aufweist, gekennzeichnet durch eine in den Gussformkörper (12) eingebrachte Aussparung (34), welche sich von einer der Kavität (14) abgewandten Außenseite (16) des Gussformkörpers (12) bis in den Kühlkanal (18) hinein erstreckt, wobei in der Aussparung (34) ein Einsatz (28) angeordnet ist, der die Aussparung (34) fluiddicht verschließt, wobei die Aussparung (34) eine den Kühlkanal (18) mitbegrenzende, wärmeabgebende Begrenzungsfläche (36) aufweist, die im Vergleich zu einem Kühlkanalabschnitt, in welchem keine Aussparung (34) und kein Einsatz (28) vorgesehen sind, vergrößert ist.
Gussform (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsfläche (36) eine Bodenfläche der Aussparung (34) ist.
Gussform (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (28) im Bereich eines in den Kühlkanal (18) ragenden und fluidwirksam mit dem Kühlkanal (18) verbundenen freien Endes (50) eine wärmeabgebende Oberfläche (56) aufweist, die im Vergleich zu einem Kühlkanalabschnitt, in welchem keine Aussparung (34) und kein Einsatz (28) vorgesehen sind, vergrößert ist.
Gussform (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (50) eine Stufenform aufweist.
Gussform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (50) einen Materialabschnitt (52) aufweist, der in den Strömungsquerschnitt des Kühlkanals (18) hineinragt und in Strömungsrichtung (66, 68) des Kühlfluids gesehen als Umlenkung wirksam ist.
Gussform nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabschnitt (52) zylindrisch ausgebildet ist.
Gussform nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabschnitt (52) rautenförmig, ellipsenförmig oder bikonvex ausgebildet ist, wobei vorzugsweise eine Längsachse (70) der Rautenform, Ellipsenform oder Bikonvexform parallel zu der durch den Kühlkanal (18) vorgegebenen Strömungsrichtung (66, 68) des Kühlfluids ausgerichtet ist.
Gussform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (28) einen rotationssymmetrischen Befestigungsabschnitt (40) zur Befestigung des Einsatzes an dem Gussformkörper (12) aufweist.
Gussform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (28) eine Verdrehsicherung aufweist.
Gussform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (28) eine Werkzeugangriffsfläche (72) zur Montage des Einsatzes (28) in der Aussparung (34) aufweist.
Gussform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugangriffsfläche (72) durch eine Verschlussschraube gebildet ist und/oder an einer Stirnseite eines Befestigungsabschnitts (40) des Einsatzes (28) ausgebildet ist.
Gussform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Dichtung (46, 48) vorgesehen ist, die den Einsatz (28) gegen die Aussparung (34) abdichtet.